JP2023149253A

JP2023149253A - Optical semiconductor device

Info

Publication number: JP2023149253A
Application number: JP2022057728A
Authority: JP
Inventors: 雅仁宮下; Masahito Miyashita; 健一村瀬; Kenichi Murase
Original assignee: Dowa Holdings Co Ltd
Current assignee: Dowa Holdings Co Ltd
Priority date: 2022-03-30
Filing date: 2022-03-30
Publication date: 2023-10-13

Abstract

To provide an optical semiconductor device capable of cutting light on a shorter wavelength side than a specific wavelength while suppressing attenuation of output of light on a longer wavelength side than the specific wavelength.SOLUTION: An optical semiconductor device 100 includes: a package substrate 1; a light emitting element 2 arranged on an upper surface of the package substrate 1 so that an emission surface 21 which is a surface on a light extraction side becomes an upper surface; a transparent lid 3 which forms a closed space S with the package substrate 1 and covers the light emitting element 2; a first filter 41 which is arranged on an upper surface side of the light emitting element 2 and is an optical interference type light cut filter having a transmittance of 50% or less at a specific wavelength or less; and a second filter 42 which is arranged on the emission surface 21 or a surface of the transparent lid 3 and is an optical cut filter of a type different from that of the first filter 41.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、光半導体装置に関する。 The present invention relates to an optical semiconductor device.

人体に照射して種々の治療を行う紫外線として、３００～３４０ｎｍの波長の光源が使用される場合がある。従来、それらの光源としては水銀ランプやエキシマライトなどが使用されてきた。 A light source with a wavelength of 300 to 340 nm is sometimes used as ultraviolet light to irradiate the human body for various treatments. Conventionally, mercury lamps, excimer lights, and the like have been used as such light sources.

近年、３００～３４０ｎｍの波長の光源としての水銀ランプやエキシマライトを紫外ＬＥＤへの置き換えたいという要望が高まっている。 In recent years, there has been an increasing desire to replace mercury lamps and excimer lights as light sources with wavelengths of 300 to 340 nm with ultraviolet LEDs.

特許文献１には、光半導体チップをパッケージに封入してなる光半導体素子としての紫外線発光素子が記載されている。この紫外線発光素子は、金属ベース(パッケージ)上に載置された紫外線発光チップと、金属ベースに接合されていると共に紫外線発光チップの側方を囲むように配置された略円筒状の金属キャップ(パッケージ)と、金属キャップの開口を封止するガラス窓(パッケージ)と、絶縁材によって絶縁されつつ金属ベースを貫通し、かつ導電性ワイヤを介して紫外線発光チップと接続されたリードとにより構成されている。ガラス窓の外面には、二酸化ケイ素などの低屈折率膜と、二酸化ハフニウムなどの高屈折率膜とを組み合わせて積層し、可視光線及び赤外線をカットして紫外線のみを透過させるように構成された、光学機能性膜としての紫外線透過フィルタ膜が、真空蒸着法によって形成されている。紫外線発光チップから発光した光は、この紫外線透過フィルタ膜を通過することによって、可視光線及び赤外線がカットされて外部に出光する。 Patent Document 1 describes an ultraviolet light emitting element as an optical semiconductor element formed by enclosing an optical semiconductor chip in a package. This ultraviolet light-emitting element consists of an ultraviolet light-emitting chip placed on a metal base (package), and a substantially cylindrical metal cap (bonded to the metal base and arranged to surround the sides of the ultraviolet light-emitting chip). It consists of a glass window (package) that seals the opening of the metal cap, and a lead that is insulated by an insulating material, penetrates the metal base, and is connected to the ultraviolet light emitting chip via a conductive wire. ing. The outer surface of the glass window is laminated with a combination of a low refractive index film such as silicon dioxide and a high refractive index film such as hafnium dioxide, so that it cuts visible light and infrared rays and only transmits ultraviolet rays. , an ultraviolet transmission filter film as an optically functional film is formed by a vacuum evaporation method. The light emitted from the ultraviolet light emitting chip passes through this ultraviolet transmission filter film, thereby cutting off visible light and infrared rays and emitting the light to the outside.

特開２００７－１５８００６JP2007-158006

水銀ランプやエキシマライトの発光スペクトルに比べると、紫外ＬＥＤの発光スペクトルの半値幅は広い。例えば、紫外ＬＥＤの最大強度の波長であるピーク波長を３０８ｎｍとした場合、エキシマライト（波長３０８ｎｍ、ＸｅＣｌ）における３００ｎｍ未満の発光強度がピーク波長の発光強度の約１０％であるのに対し、紫外ＬＥＤでは、３００ｎｍ未満の発光強度がピーク波長の発光強度の約３０％といった具合に、３００ｎｍ未満の発光強度がエキシマライトよりも強くなる傾向にある。３００ｎｍ未満の光は人体に悪影響が生じる場合があるため、紫外ＬＥＤへの置き換えにおいては、３００ｎｍ未満の短い波長域をカットする必要がある。 Compared to the emission spectra of mercury lamps and excimer lights, the half-width of the emission spectrum of ultraviolet LEDs is wider. For example, if the peak wavelength of an ultraviolet LED is 308 nm, the emission intensity of excimer light (wavelength 308 nm, XeCl) below 300 nm is about 10% of the emission intensity at the peak wavelength. In LEDs, the emission intensity at less than 300 nm tends to be stronger than excimerite, such that the emission intensity at less than 300 nm is about 30% of the emission intensity at the peak wavelength. Since light of less than 300 nm may have an adverse effect on the human body, it is necessary to cut short wavelengths of less than 300 nm when replacing with ultraviolet LEDs.

また、水銀ランプやエキシマライトは、形状が直管状などであって線光源であり、その直管の表面に対し均一に垂直方向の光が放射される構造であるため、特定波長以下の波長をカットするには、単一の光カットフィルタを直管からの光放射方向に対して配置すればよかった。しかし、ＬＥＤチップは点光源であり、ＬＥＤチップから出る光の方向は全方位である。そのため、ＬＥＤチップを内蔵するＳＭＤなどの出射面が平坦な光半導体装置の配光は広く、垂直方向から±６０°程度の角度範囲にわたり光が放射される場合がある。 Additionally, mercury lamps and excimer lights have a straight tube shape and are linear light sources, and have a structure that radiates light uniformly perpendicular to the surface of the straight tube, so they cannot emit wavelengths below a specific wavelength. To cut the light, it was sufficient to place a single light cut filter in the direction of light emission from the straight pipe. However, the LED chip is a point light source, and the direction of light emitted from the LED chip is omnidirectional. Therefore, the light distribution of an optical semiconductor device with a flat output surface, such as an SMD with a built-in LED chip, is wide, and light may be emitted over an angular range of approximately ±60° from the vertical direction.

特定波長以下の波長をカットする光カットフィルタ、すなわちハイパスフィルタとしては、単膜あるいは多層膜として構成される誘電体薄膜などを用いた光干渉性を利用する光カットフィルタや、光干渉性を利用するものとは異なり、材料に起因する共鳴現象などを利用する光カットフィルタがある。光干渉性を利用する光カットフィルタ（以下、光干渉フィルタと称する）は透過率が９０％となる波長と透過率が１０％となる波長の波長差を小さくすることができるため、ＬＥＤチップの波長プロファイルにおける特定波長よりも短波長側をカットしつつ、特定波長よりも長波長側の光出力を高くしたい場合に有効である。しかし、光干渉フィルタは、当該フィルタへの光の入射角度によってフィルタ内での光路長が変わるため、観測角度（入射角度）によっては特定波長以下の波長を有効にカットできないという問題がある。また、光干渉フィルタではない光カットフィルタにあっては、光の入射角度による透過率の変化はないという利点があるものの、透過率が９０％となる波長と透過率が１０％となる波長の波長差を小さくすることは困難であった。 Optical cut filters that cut wavelengths below a specific wavelength, that is, high-pass filters, include optical cut filters that utilize optical coherence using dielectric thin films configured as single or multilayer films, and optical cut filters that utilize optical coherence. Unlike those that do, there are light cut filters that utilize resonance phenomena caused by materials. An optical cut filter that utilizes optical interference (hereinafter referred to as an optical interference filter) can reduce the wavelength difference between the wavelength at which the transmittance is 90% and the wavelength at which the transmittance is 10%. This is effective when it is desired to cut wavelengths shorter than a specific wavelength in the wavelength profile while increasing optical output at wavelengths longer than the specific wavelength. However, optical interference filters have a problem in that the optical path length within the filter changes depending on the angle of incidence of light onto the filter, and therefore wavelengths below a specific wavelength cannot be effectively cut depending on the observation angle (angle of incidence). In addition, a light cut filter that is not an optical interference filter has the advantage that the transmittance does not change depending on the incident angle of light, but the wavelength at which the transmittance is 90% and the wavelength at which the transmittance is 10% are different. It has been difficult to reduce the wavelength difference.

そのため、例えばＬＥＤチップのような点光源を内蔵した光半導体装置において、特定波長より長波長側の光の出力の減衰を抑制しながら特定波長より短波長側の光をカットすることができる光半導体装置の提供が望まれる。 Therefore, for example, in an optical semiconductor device with a built-in point light source such as an LED chip, an optical semiconductor device that can cut light on the shorter wavelength side than a specific wavelength while suppressing attenuation of the output of light on the longer wavelength side than the specific wavelength. Provision of equipment is desired.

本発明は、かかる実状に鑑みて為されたものであって、その目的は、特定波長より長波長側の光の出力の減衰を抑制しながら特定波長より短波長側の光をカットすることができる光半導体装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and its purpose is to cut light at wavelengths shorter than a specific wavelength while suppressing attenuation of the output of light at wavelengths longer than a specific wavelength. The purpose of the present invention is to provide an optical semiconductor device that can be used.

上記目的を達成するための本発明に係る光半導体装置は、
パッケージ基板と、
前記パッケージ基板の上面に、光取り出し側の面である出射面が上面となるように配置された発光素子と、
前記パッケージ基板との間に閉鎖空間を形成し、前記発光素子を覆う透明蓋と、
前記出射面上又は前記透明蓋の表面に配置され、特定波長以下の透過率が５０％以下である光干渉方式の光カットフィルタである第一フィルタと、
前記透明蓋の表面に配置され、前記第一フィルタとは異なる方式の光カットフィルタである第二フィルタと、を備えている。 The optical semiconductor device according to the present invention for achieving the above object includes:
a package board;
a light-emitting element disposed on the upper surface of the package substrate so that the output surface, which is the surface on the light extraction side, is the upper surface;
a transparent lid forming a closed space with the package substrate and covering the light emitting device;
a first filter that is an optical interference type light cut filter that is disposed on the exit surface or the surface of the transparent lid and has a transmittance of 50% or less for wavelengths below a specific wavelength;
A second filter is provided on the surface of the transparent lid and is a light cut filter of a different type from the first filter.

特定波長より長波長側の光の出力の減衰を抑制しながら特定波長より短波長側の光をカットすることができる光半導体装置を提供することができる。 It is possible to provide an optical semiconductor device that can cut light on the shorter wavelength side than a specific wavelength while suppressing attenuation of the output of light on the longer wavelength side than the specific wavelength.

第一実施形態に係る光半導体装置の上面図である。FIG. 2 is a top view of the optical semiconductor device according to the first embodiment. 第一実施形態に係る光半導体装置の断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view of an optical semiconductor device according to a first embodiment. 第一フィルタの透過スペクトルの一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the transmission spectrum of a 1st filter. 配光分布特性の測定方法の説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram of a method for measuring light distribution characteristics. 第二実施形態に係る光半導体装置の断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of an optical semiconductor device according to a second embodiment. 第三実施形態に係る光半導体装置の断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of an optical semiconductor device according to a third embodiment. 第二フィルタの透過スペクトルの一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the transmission spectrum of a second filter. 実施例１の発光スペクトルを示す図である。3 is a diagram showing the emission spectrum of Example 1. FIG. 実施例１における波長３０６ｎｍ～４００ｎｍの配光分布特性である。This is a light distribution characteristic at a wavelength of 306 nm to 400 nm in Example 1. 実施例１における波長２００ｎｍ～３０５ｎｍの配光分布特性である。This is a light distribution characteristic at a wavelength of 200 nm to 305 nm in Example 1. 比較例１における波長２００ｎｍ～３０５ｎｍの配光分布特性である。This is a light distribution characteristic at a wavelength of 200 nm to 305 nm in Comparative Example 1. 実施例及び比較例の発光スペクトルにおける波長２９５～３２０ｎｍの拡大図である。FIG. 2 is an enlarged view of wavelengths from 295 to 320 nm in the emission spectra of Examples and Comparative Examples.

図面に基づいて、本発明の実施形態に係る光半導体装置について説明する。 An optical semiconductor device according to an embodiment of the present invention will be described based on the drawings.

（第一実施形態）
図１には、本実施形態に係る光半導体装置１００の上面図を示している。図２には、光半導体装置１００の断面（図１のＩＩ－ＩＩ矢視断面）を示している。 (First embodiment)
FIG. 1 shows a top view of an optical semiconductor device 100 according to this embodiment. FIG. 2 shows a cross section of the optical semiconductor device 100 (cross section taken along the line II-II in FIG. 1).

以下では、図２における、光半導体装置１００において、パッケージ基板１から見て透明蓋３の側を上、透明蓋３から見てパッケージ基板１の側を下と称し、上側の面を上面、下側の面を下面と称し、図２以降の図及び他の実施形態でもこれを基準に説明を行う。例えば、透明蓋３の発光素子２側の面を下面と称し、透明蓋３の発光素子側と反対の面を上面と称する。また、透明蓋３の表面とは透明蓋３の上面及び下面の両面又はいずれかの面をいう。本実施形態における上面視とは、透明蓋３を透明蓋３の厚み方向に俯瞰する場合であって、透明蓋３の上面を上から見る視点とする。なお、本実施形態で「外側」とは中央部Ｐから離れる側をいい、「内側」とは中央部Ｐ側をいう。同様に「外周」とは中央部Ｐから遠い側の端部をいい、「内周」とは中央部Ｐ側の端部をいう。 Hereinafter, in the optical semiconductor device 100 in FIG. 2, the side of the transparent lid 3 seen from the package substrate 1 will be referred to as the top, the side of the package substrate 1 seen from the transparent lid 3 will be referred to as the bottom, and the upper surface will be referred to as the upper surface and the lower surface. The side surface will be referred to as the bottom surface, and the explanation will be made based on this in the drawings after FIG. 2 and other embodiments. For example, the surface of the transparent lid 3 on the light emitting element 2 side is referred to as the lower surface, and the surface of the transparent lid 3 opposite to the light emitting element side is referred to as the upper surface. Further, the surface of the transparent lid 3 refers to both or either of the upper and lower surfaces of the transparent lid 3. The top view in this embodiment refers to the case where the transparent lid 3 is viewed from above in the thickness direction of the transparent lid 3, and is a viewpoint from which the top surface of the transparent lid 3 is viewed from above. In this embodiment, the term "outside" refers to the side away from the center P, and the term "inside" refers to the side facing the center P. Similarly, the "outer periphery" refers to the end on the far side from the center P, and the "inner periphery" refers to the end on the center P side.

図２に示すように、出射面２１の外周を起点に透明蓋３へ向かって出射面２１の真上から離れる方向に斜めに放射された光線の光路の、出射面２１の外周から透明蓋３に向かう垂線に対する角度を傾斜角度θとする。図２では、傾斜角度θが２０°に対応する放射された光の仮想線をθ_２０の符号で示している。なお、図２は概略図であるため、出射面２１から出射した光が光半導体装置１００から取り出される光の光路を直線で示しているが、厳密には、透明蓋３に垂直以外の角度で入射した場合の光路は、透明蓋３、第一フィルタ４１及び第二フィルタ４２のそれぞれの厚さ及び屈折率に依存して、閉鎖空間Ｓ、透明蓋３、第一フィルタ４１又は第二フィルタ４２、及び光半導体装置１００の外部空間のそれぞれの境界面においてスネルの法則に従って屈折するため、折れ線のような光路をとり、実際の光路は直線からずれる。光干渉フィルタの配置位置を設計する際には、このずれ量を考慮してもよく、簡略化して無視してもよい。本実施形態の説明においては、ずれ量を無視した直線とする。 As shown in FIG. 2, the optical path of the light beam that is emitted obliquely from the outer periphery of the output surface 21 toward the transparent lid 3 in a direction away from directly above the output surface 21 starts from the outer periphery of the output surface 21 and reaches the transparent lid 3. Let the angle with respect to the perpendicular toward the angle be the inclination angle θ. In FIG. 2, the imaginary line of emitted light corresponding to an inclination angle θ of 20° is designated by the symbol θ ₂₀ . Note that since FIG. 2 is a schematic diagram, the optical path of the light emitted from the output surface 21 and taken out from the optical semiconductor device 100 is shown as a straight line, but strictly speaking, it is shown at an angle other than perpendicular to the transparent lid 3. The optical path when the light enters the closed space S, the transparent lid 3, the first filter 41 or the second filter 42 depends on the thickness and refractive index of the transparent lid 3, the first filter 41, and the second filter 42. , and the external space of the optical semiconductor device 100 according to Snell's law, the optical path takes the form of a polygonal line, and the actual optical path deviates from a straight line. When designing the arrangement position of the optical interference filter, this amount of deviation may be taken into consideration, or may be simply ignored. In the description of this embodiment, a straight line is used, ignoring the amount of deviation.

光半導体装置１００は、図２に示すように、パッケージ基板１と、パッケージ基板１の上面に、光取り出し側の面である出射面２１が上面となるように配置された発光素子２と、パッケージ基板１との間に閉鎖空間Ｓを形成し、発光素子２を覆う透明蓋３と、発光素子２の上面又は透明蓋３の表面（図２では透明蓋３の下面）に配置され、特定波長であるλ_１以下の透過率が５０％以下である光干渉方式の光カットフィルタである第一フィルタ４１と、透明蓋３の表面（図２では透明蓋３の上面）に配置され、第一フィルタ４１とは異なる方式の光カットフィルタである第二フィルタ４２と、を備えている。 As shown in FIG. 2, the optical semiconductor device 100 includes a package substrate 1, a light emitting element 2 disposed on the upper surface of the package substrate 1 so that an output surface 21, which is a surface on the light extraction side, is the upper surface, and a package. A transparent lid 3 that forms a closed space S with the substrate 1 and covers the light emitting element 2; A first filter 41 which is an optical interference type light cut filter having a transmittance of 50% or less at λ ₁ or less, and a first filter 41 arranged on the surface of the transparent lid 3 (the upper surface of the transparent lid 3 in FIG. 2). The second filter 42 is a light cut filter of a different type from the filter 41.

光半導体装置１００では、発光素子２の出射面２１から出射した光を透明蓋３を介して外部に放射する。この際、出射面２１から出射した光は、第一フィルタ４１又は第二フィルタ４２を通過し、λ_１より短波長側の光をカットされる。第一フィルタ４１、第二フィルタ４２は共にハイパスフィルタである。 In the optical semiconductor device 100, light emitted from the light emitting surface 21 of the light emitting element 2 is emitted to the outside through the transparent lid 3. At this time, the light emitted from the output surface 21 passes through the first filter 41 or the second filter 42, and light having wavelengths shorter than _λ1 is cut off. Both the first filter 41 and the second filter 42 are high-pass filters.

光半導体装置１００は、特定波長としてのλ_１より長波長側の光の出力の減衰を抑制しながらλ_１より短波長側の光をカットすることができる。 The optical semiconductor device 100 can cut light at wavelengths shorter than λ ₁ while suppressing attenuation of the output of light at wavelengths longer than λ ₁ as a specific wavelength.

図１に示すように、上面視における第一フィルタ４１の形状は、出射面２１と重複する領域を内包する形状であり、その形状は四角形や長方形や多角形や円形などの形状を選択可能である。上面視における第二フィルタ４１の形状は、出射面２１と重複する領域を含まない形状であれば良く、環状形状であることが好ましい。図１のように、第一フィルタ４１の外周と、第二フィルタ４２の内周及び外周は、出射面２１の形状と相似する形とすることができる。また、図示しないが、第一フィルタ４１の外周と第二フィルタ４２の内周及び外周は、出射面２１の外周から一定の距離となるように角部に曲率半径を有する形としても良い。 As shown in FIG. 1, the shape of the first filter 41 when viewed from above includes a region that overlaps with the output surface 21, and the shape can be selected from square, rectangle, polygon, circle, etc. be. The shape of the second filter 41 when viewed from above may be any shape that does not include a region overlapping with the output surface 21, and is preferably annular. As shown in FIG. 1, the outer periphery of the first filter 41 and the inner periphery and outer periphery of the second filter 42 can be shaped to be similar to the shape of the output surface 21. Although not shown, the outer periphery of the first filter 41 and the inner and outer peripheries of the second filter 42 may have a radius of curvature at the corner so that they are a constant distance from the outer periphery of the emission surface 21.

（各部の説明）
以下、光半導体装置１００の各部について詳細を説明する。図２に示す発光素子２は、例えばＬＥＤチップである。ＬＥＤチップは、要求される波長域に応じて選択すればよい。発光素子２は、好ましくは紫外ＬＥＤである。発光素子２は、例えば３００ｎｍ以上３５０ｎｍ以下の間に発光中心波長を有する。発光素子２の出射面２１は平面状に形成されている。出射面２１の垂直方向（垂線に沿う方向）は、光半導体装置１００の上下方向である。上面視における出射面２１の形状は、光半導体装置１００の用途、機能又は製造上の都合に応じて、四角形や長方形や多角形や円形など、任意の形状を選択可能である。本実施形態では、一例として、発光素子２が上面視で正方形である場合とする。発光素子２は図示しない電極などを備えている。 (Explanation of each part)
Each part of the optical semiconductor device 100 will be described in detail below. The light emitting element 2 shown in FIG. 2 is, for example, an LED chip. The LED chip may be selected depending on the required wavelength range. The light emitting element 2 is preferably an ultraviolet LED. The light emitting element 2 has a center emission wavelength between, for example, 300 nm or more and 350 nm or less. The emission surface 21 of the light emitting element 2 is formed into a planar shape. The vertical direction (direction along the perpendicular line) of the output surface 21 is the vertical direction of the optical semiconductor device 100. The shape of the output surface 21 when viewed from above can be selected from any shape, such as a square, a rectangle, a polygon, or a circle, depending on the use, function, or manufacturing convenience of the optical semiconductor device 100. In this embodiment, as an example, it is assumed that the light emitting element 2 has a square shape when viewed from above. The light emitting element 2 includes electrodes (not shown) and the like.

図２に示すように、パッケージ基板１は、発光素子２を載置して固定する座となる部分である。パッケージ基板１は、発光素子２をマウントするために適したものであれば良いが、特に、放熱性を有していることが好ましい。パッケージ基板１の形成に適した材料としては、ＡｌＮやＡｌ－ＳｉＣ、Ｍｇ－ＳｉＣなどのセラミックス、Ａｌ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｃｕ－Ｗ、Ｃｕ－Ｍｏ、コバールなどの金属が例示される。パッケージ基板１を形成する材料は、好ましくはＡｌＮ焼成体である。 As shown in FIG. 2, the package substrate 1 serves as a seat on which the light emitting element 2 is placed and fixed. The package substrate 1 may be any substrate suitable for mounting the light emitting element 2, but it is particularly preferable that the package substrate 1 has heat dissipation properties. Examples of materials suitable for forming the package substrate 1 include ceramics such as AlN, Al-SiC, and Mg-SiC, and metals such as Al, Mo, Cu, Cu-W, Cu-Mo, and Kovar. The material forming the package substrate 1 is preferably an AlN fired body.

パッケージ基板１は、例えば平板状や凹部を有する形状に形成されてよい。図２では、パッケージ基板１が、凹部を有する形状の一例として有底筒状に形成されて、その断面が角張ったＵ字状形状である場合を示している。パッケージ基板１の筒内部の底面１１（パッケージ基板１の上面）は、平面状に形成されている。底面１１上には、発光素子２が、光取り出し側の面である出射面２１が上面となるように載置されている。パッケージ基板１は図示しない電極などを備えており、発光素子２と電気的に接続している。パッケージ基板１の筒部１３の上端部には、後述する透明蓋３が載置されている。 The package substrate 1 may be formed into, for example, a flat plate shape or a shape having a recessed portion. FIG. 2 shows a case where the package substrate 1 is formed into a bottomed cylindrical shape as an example of a shape having a concave portion, and the cross section thereof has an angular U-shape. A bottom surface 11 (an upper surface of the package substrate 1) inside the cylinder of the package substrate 1 is formed into a planar shape. The light emitting element 2 is placed on the bottom surface 11 so that the light emitting surface 21, which is the surface on the light extraction side, is the top surface. The package substrate 1 includes electrodes (not shown) and is electrically connected to the light emitting element 2. A transparent lid 3, which will be described later, is placed on the upper end of the cylindrical portion 13 of the package substrate 1.

透明蓋３は、発光素子２の光を透過する材料で形成されている。透明蓋３は、例えば平板状に形成される。透明蓋３の形成に用いられる材料の一例は、ガラス（ソーダ石灰ガラス）、石英及びサファイアなどの金属酸化物である。透明蓋３は、好ましくは、合成石英(屈折率：１．４９)、溶融石英(屈折率：１．４９)、サファイア（屈折率：１．８０）である。 The transparent lid 3 is made of a material that transmits the light from the light emitting element 2. The transparent lid 3 is formed into, for example, a flat plate shape. Examples of materials used to form the transparent lid 3 are glass (soda lime glass), metal oxides such as quartz and sapphire. The transparent lid 3 is preferably made of synthetic quartz (refractive index: 1.49), fused silica (refractive index: 1.49), or sapphire (refractive index: 1.80).

透明蓋３は、パッケージ基板１との間に閉鎖空間Ｓを形成し、発光素子２を上方から覆うように配置される。すなわち、透明蓋３は、上面視で発光素子２を完全に包含するように配置される。発光素子２は、パッケージ基板１の底面１１と透明蓋３との間に位置する状態で、閉鎖空間Ｓに封入される。なお、透明蓋３は、発光素子２との間に閉鎖空間Ｓを有しており、透明蓋３と発光素子２とは接しない。 The transparent lid 3 forms a closed space S between the transparent lid 3 and the package substrate 1, and is arranged to cover the light emitting element 2 from above. That is, the transparent lid 3 is arranged so as to completely enclose the light emitting element 2 when viewed from above. The light emitting element 2 is enclosed in the closed space S while being located between the bottom surface 11 of the package substrate 1 and the transparent lid 3. Note that the transparent lid 3 has a closed space S between it and the light emitting element 2, and the transparent lid 3 and the light emitting element 2 do not come into contact with each other.

透明蓋３は、図２に示すように、パッケージ基板１が凹部を有する形状である場合は、例えば板状としてよい。パッケージ基板１が板状である場合は、透明蓋３を、凹部を有する形状、例えば、有底筒状の蓋としても良い。 The transparent lid 3 may have a plate shape, for example, when the package substrate 1 has a recessed shape as shown in FIG. When the package substrate 1 is plate-shaped, the transparent lid 3 may have a shape having a concave portion, for example, a cylindrical lid with a bottom.

上面視における透明蓋３の出射面２１と重複する範囲は、平面状、且つ、断面において発光素子２の出射面２１と平行とされる。 The range overlapping with the output surface 21 of the transparent lid 3 when viewed from above is parallel to the output surface 21 of the light emitting element 2 in a planar shape and in cross section.

また、後述するように、透明蓋３の表面に第一フィルタ４１及び第二フィルタ４２を配置する場合は、透明蓋３の第一フィルタ４１及び第二フィルタ４２が配置される範囲の表面は平面状とされる。第一フィルタ４１及び第二フィルタ４２を配置するのに差し支えない範囲であれば、透明蓋３の表面の表面粗さは任意である。 In addition, as will be described later, when the first filter 41 and the second filter 42 are arranged on the surface of the transparent lid 3, the surface of the transparent lid 3 in the range where the first filter 41 and the second filter 42 are arranged is a flat surface. It is said that The surface roughness of the transparent lid 3 is arbitrary as long as it does not cause any problem in arranging the first filter 41 and the second filter 42.

透明蓋３は、例えば接着層９を介してパッケージ基板１に接合される。接着層９は、接合材により形成されてよい。接合材の選択や接着層９の形成方法は任意であるが、例えば、パッケージ基板１や透明蓋３の接合すべき部分にそれぞれ金属層を形成した後に、これら金属層同士を圧着してもよいし、各種の半田や、樹脂系の接着剤を使用してもよい。接着層９は、好ましくは、ＡｕＳｎ半田である。 The transparent lid 3 is bonded to the package substrate 1 via an adhesive layer 9, for example. The adhesive layer 9 may be formed of a bonding material. Although the selection of the bonding material and the method of forming the adhesive layer 9 are arbitrary, for example, after forming metal layers on the parts of the package substrate 1 and the transparent lid 3 to be bonded, these metal layers may be bonded together. However, various solders and resin adhesives may be used. Adhesive layer 9 is preferably AuSn solder.

第一フィルタ４１は、光干渉性を利用した光カットフィルタである。第一フィルタ４１は、屈折率が異なる２種以上（例えば２種又は３種）の誘電体層の積層体である。第一フィルタ４１において、屈折率が異なる２種以上の層は、繰り返して積層することが好ましく、繰り返し数としては３ペア以上１００ペア以下の範囲とすることが好ましい。この範囲であれば、ペア数が多いほど、特定波長としてのλ_１近傍における透過率の急峻性を良好にすることができる。本実施形態における第一フィルタ４１は、図３に示すように、所定の入射角（例えば０°）における所定の波長以下（短波長側）の透過率を５０％以下とするハイパスフィルタである。図３において、縦軸の「フィルタ透過率」は、第一フィルタ４１の光の透過率である。第一フィルタ４１の透過率の波長依存性（透過スペクトル）は、分光光度計（例えば、日本分光(株)製Ｖ－６５０）を用いて測定することができる。この測定に当たっては、光干渉フィルタを透明蓋３上に形成して、又はこれに代えて、石英ガラス基板もしくはサファイア基板上に形成して測定してよい。 The first filter 41 is a light cut filter that utilizes optical coherence. The first filter 41 is a laminate of two or more types (for example, two or three types) of dielectric layers having different refractive indexes. In the first filter 41, two or more types of layers having different refractive indexes are preferably laminated repeatedly, and the number of repetitions is preferably in the range of 3 pairs or more and 100 pairs or less. Within this range, the greater the number of pairs, the better the steepness of the transmittance near _λ1 as a specific wavelength. As shown in FIG. 3, the first filter 41 in this embodiment is a high-pass filter that has a transmittance of 50% or less below a predetermined wavelength (on the short wavelength side) at a predetermined angle of incidence (for example, 0°). In FIG. 3, "filter transmittance" on the vertical axis is the light transmittance of the first filter 41. In FIG. The wavelength dependence of the transmittance (transmission spectrum) of the first filter 41 can be measured using a spectrophotometer (for example, V-650 manufactured by JASCO Corporation). In this measurement, the optical interference filter may be formed on the transparent lid 3, or alternatively, may be formed on a quartz glass substrate or a sapphire substrate.

図２に示す第一フィルタ４１が２種の層からなる場合、第一の層の材料としては、例えばＳｉＯ_２（屈折率：１．４６）が選択される。第二の層の材料としては、例えばＴｉＯ_２（屈折率：２．２６）、ＨｆＯ_２（屈折率：１．９５）、Ｓｃ_２Ｏ_３（屈折率：１．９６）が選択される。第一フィルタ４１が３種の層からなる場合、第三の層の材料として例えばＡｌ_２Ｏ３（ｎ＝１．７１）やＭｇＯ（ｎ＝１．７４）を選択しても良い。これらの層は、真空蒸着、スパッタリング、ＣＶＤなどの公知の方法で成膜可能である。フォトリソグラフィを用いて所定の範囲に第一フィルタ４１を形成する。 When the first filter 41 shown in FIG. 2 consists of two types of layers, for example, SiO ₂ (refractive index: 1.46) is selected as the material for the first layer. As the material for the second layer, for example, TiO ₂ (refractive index: 2.26), HfO ₂ (refractive index: 1.95), and Sc ₂ O ₃ (refractive index: 1.96) are selected. When the first filter 41 consists of three types of layers, for example, _Al2O3 (n=1.71) or MgO (n=1.74) may be selected as the material for the third layer. These layers can be formed by known methods such as vacuum evaporation, sputtering, and CVD. The first filter 41 is formed in a predetermined range using photolithography.

第一フィルタ４１は、使用する層の材料、各層の厚さ及びペア数を設定することよって、その特性、すなわち透過スペクトルを決定することができる。本実施形態では、以下、第一フィルタ４１がＳｉＯ_２の層とＴｉＯ_２の層を有する場合を例示して説明する。第一フィルタ４１の透過スペクトルの一例を示している図３の光干渉フィルタにおける各層の屈折率及び膜厚のデータを表１に示す。ＳｉＯ２膜、ＴｉＯ２膜はスパッタリング法によって各膜厚となるように成膜し、フォトリソグラフィ及びリフトオフ法を用いて所定範囲に形成できる。 The characteristics of the first filter 41, that is, the transmission spectrum, can be determined by setting the material of the layers used, the thickness of each layer, and the number of pairs. In this embodiment, a case where the first filter 41 has a layer of SiO ₂ and a layer of TiO ₂ will be described below as an example. Table 1 shows data on the refractive index and film thickness of each layer in the optical interference filter shown in FIG. 3, which shows an example of the transmission spectrum of the first filter 41. The SiO2 film and the TiO2 film can be formed to each thickness by a sputtering method, and can be formed in a predetermined range by using photolithography and a lift-off method.

以下の説明では、λ_１が３０５ｎｍである場合を例示して説明する。λ_１は、発光素子２の発光中心波長（本実施形態では、一例として３１０ｎｍの場合を説明）と、カットしたい波長域の中での最大波長（例えば３００ｎｍ）との間の範囲内（例えば３００ｎｍ以上３１０ｎｍ以下）において、カットしたい波長域の光出力を低減できるように設定したものである。発光素子２が、発光中心波長が３００ｎｍ以上３５０ｎｍ以下の紫外ＬＥＤである場合、その波長プロファイルにおける半値幅は、発光中心波長の短波長側で４～８ｎｍ程度あることから、λ_１は、当該発光中心波長より３～１０ｎｍ短い波長であることが好ましい。 In the following description, a case where λ ₁ is 305 nm will be explained as an example. λ ₁ is within a range (for example, 300 nm) between the emission center wavelength of the light emitting element 2 (in this embodiment, the case of 310 nm is explained as an example) and the maximum wavelength (for example, 300 nm) in the wavelength range to be cut. 310 nm or less), the setting is such that the optical output in the wavelength range to be cut can be reduced. When the light-emitting element 2 is an ultraviolet LED with an emission center wavelength of 300 nm or more and 350 nm or less, the half-width in its wavelength profile is about 4 to 8 nm on the shorter wavelength side of the emission center wavelength, so λ ₁ is The wavelength is preferably 3 to 10 nm shorter than the center wavelength.

以下では、第一フィルタ４１において、透過率５０％となる波長がλ_１となる入射角を最適角αと称する。第一フィルタ４１の透過スペクトルの一例を示している図３の光干渉フィルタでは、横軸の波長がλ_１（３０５ｎｍ）のときに縦軸のフィルタ透過率が５０％となるのが入射角が０°のときであるため、図３の光干渉フィルタの最適角はα＝０°である。すなわち、本実施形態における最適角αは０°である。第一フィルタ４１では、入射角が最適角αと等しくなる０°から大きくなるにつれて、透過率が５０％以下となる波長域が短波長側にシフトする。第一フィルタ４１の最適角αの好ましい範囲は、０°≦α≦２０°である。 Hereinafter, in the first filter 41, the incident angle at which the wavelength at which the transmittance is 50% is _λ1 will be referred to as the optimal angle α. In the optical interference filter shown in FIG. 3, which shows an example of the transmission spectrum of the first filter 41, when the wavelength on the horizontal axis is λ ₁ (305 nm), the filter transmittance on the vertical axis is 50% when the incident angle is Since the angle is 0°, the optimum angle of the optical interference filter in FIG. 3 is α=0°. That is, the optimal angle α in this embodiment is 0°. In the first filter 41, as the incident angle increases from 0°, which is equal to the optimum angle α, the wavelength range in which the transmittance is 50% or less shifts to the shorter wavelength side. A preferable range of the optimal angle α of the first filter 41 is 0°≦α≦20°.

図１及び図２に示すように、本実施形態において光カットフィルタは、第一フィルタ４１と、第二フィルタ４２とを含む。第一フィルタ４１は発光素子２の上面又は透明蓋３の表面に配置されればよく、上面視において発光素子２の出射面２１全体を内包する配置であれば、どのような位置でも良い。例えば、透明蓋３の表面の上面や下面にあってよく、また、発光素子２の出射面２１の上に接して配置されても良い。第二フィルタ４２は、透明蓋３の表面に設置される。透明蓋３の上面や下面に設置されていてよい。図２では、第一フィルタ４１は透明蓋３の下面に、第二フィルタ４２は透明蓋３の上面に配置する場合を例示している。 As shown in FIGS. 1 and 2, the light cut filter in this embodiment includes a first filter 41 and a second filter 42. The first filter 41 may be placed on the top surface of the light emitting element 2 or on the surface of the transparent lid 3, and may be placed in any position as long as it encompasses the entire emission surface 21 of the light emitting element 2 when viewed from above. For example, it may be placed on the upper or lower surface of the transparent lid 3, or may be placed on and in contact with the emission surface 21 of the light emitting element 2. The second filter 42 is installed on the surface of the transparent lid 3. It may be installed on the upper surface or lower surface of the transparent lid 3. In FIG. 2, the first filter 41 is arranged on the lower surface of the transparent lid 3, and the second filter 42 is arranged on the upper surface of the transparent lid 3.

第一フィルタ４１と第二フィルタ４２を透明蓋３における同じ面に形成する場合よりも、図２のように異なる面に形成することで、それぞれの光カットフィルタが担う入射角の範囲（出射面２１からの傾斜角度）を広くして、特定波長としてのλ_１より長波長側の光の出力の減衰を適切に抑制することができる。また、それぞれの光カットフィルタの透明蓋３への設置及びフォトリソグラフィ等を用いた上面視形状の形成が容易となり、光半導体装置１００の製造が容易になる。 Rather than forming the first filter 41 and the second filter 42 on the same surface of the transparent lid 3, by forming them on different surfaces as shown in FIG. By widening the angle of inclination from λ 21), it is possible to appropriately suppress the attenuation of the output of light at wavelengths longer than λ ₁ as the specific wavelength. Moreover, it becomes easy to install each light cut filter on the transparent lid 3 and to form the top view shape using photolithography or the like, and the manufacturing of the optical semiconductor device 100 becomes easy.

図２では、出射面２１の外周部からの傾斜角度の方向視において、第一フィルタ４１と第二フィルタ４２の一部は重複しており、第一フィルタ４１の外周は第二フィルタ４２の内周より外側にある場合を示している。このように所定の傾斜角度の方向視において光カットフィルタ同士を重複させることで、光カットフィルタの配置の誤差の許容範囲幅を拡大しつつ、出射面２１から放射される光に対する第一フィルタ４１と第二フィルタ４２との隙間をなくし、特定波長としてのλ_１より長波長側の光の出力の減衰を抑制しながらλ_１より短波長側の光をカットする性能の低下を回避することができる。 In FIG. 2, when viewed in the direction of the inclination angle from the outer periphery of the output surface 21, the first filter 41 and the second filter 42 partially overlap, and the outer periphery of the first filter 41 is inside the second filter 42. This shows the case where it is outside the circumference. By overlapping the light cut filters in the direction of the predetermined inclination angle in this way, the first filter 41 for the light emitted from the output surface 21 can be expanded while expanding the tolerance range width of the error in the arrangement of the light cut filters. By eliminating the gap between the filter and the second filter 42, it is possible to suppress the attenuation of the output of light on the longer wavelength side than _λ1 as a specific wavelength while avoiding a decrease in the performance of cutting light on the shorter wavelength side than _λ1 . can.

図３に示す透過率特性を有する光干渉フィルタを、例えば透明蓋３の下面の全面に形成した場合を考える。発光素子２の出射面２１の直上においては、出射面から透明蓋３の下面に入射する光線の入射角は０°近傍である場合が多いため、最適角α＝０°の第一フィルタに入射角が０°近傍で入射した光については、λ_１以下の波長帯の光を効果的にカットすることができる。例えば、図３における入射角３５°ではカットしたい波長域の最大波長（３００ｎｍ）の透過率は１００％に近く、図３における入射角１５°ではカットしたい波長域の最大波長（３００ｎｍ）の透過率は１０％未満である。 Consider a case where, for example, an optical interference filter having the transmittance characteristics shown in FIG. 3 is formed on the entire lower surface of the transparent lid 3. Immediately above the light emitting surface 21 of the light emitting element 2, the incident angle of the light ray that enters the lower surface of the transparent lid 3 from the light emitting surface is often around 0°, so the light ray is incident on the first filter with the optimum angle α=0°. For light incident at an angle near 0°, light in a wavelength band of λ ₁ or less can be effectively cut. For example, at an incident angle of 35° in Figure 3, the transmittance at the maximum wavelength (300 nm) in the wavelength range you want to cut is close to 100%, and at an incidence angle of 15° in Figure 3, the transmittance at the maximum wavelength (300 nm) in the wavelength range you want to cut. is less than 10%.

すなわち、図３に示すような光干渉フィルタでは、第一フィルタ４１に対して大きく傾斜した角度（例えば図３に示すような入射角が２０°）で入射するλ_１より短波長側の光は、第一フィルタ４１では十分にカットできず、第一フィルタ４１を透過してしまう。とくにλ_１より短波長側でもλ_１に近い波長域では透過率が高くなってしまう。このように、第一フィルタ４１に大きな入射角で入射したために第一フィルタ４１ではカットされないλ_１より短波長側の光をカットするために、本実施形態の光半導体装置１００は、第一フィルタ４１に加えて、第二フィルタ４２を有する。出射面２１の直上から離れた範囲において第一フィルタ４１を透過してしまうλ_１より短波長側の光に対して、第二フィルタを設けることによって、λ_１以下の波長帯の光を効果的にカットすることができる。第二フィルタ４２は、第一フィルタ４１と同様に特定波長λ_１以下の透過率が５０％以下であることが好ましい。図３に示すような光干渉フィルタを第一フィルタとして用いる場合、第二フィルタを設けることが好ましい範囲としては、出射面２１の外周からの傾斜角度θが１５°以上である。第一フィルタ４１の透過スペクトルの入射角依存特性において、カットしたい波長域の最大波長の透過率が１０％以下となる入射角と同等の傾斜角度以上の範囲に、第二フィルタ４２を配置することが好ましい。 That is, in the optical interference filter as shown in FIG. 3, light with a wavelength shorter than λ ₁ that is incident on the first filter 41 at a greatly inclined angle (for example, the incident angle is 20° as shown in FIG. 3) is , the first filter 41 cannot cut the light sufficiently, and the light passes through the first filter 41. In particular, even on the shorter wavelength side than λ ₁ , the transmittance becomes high in a wavelength range close to λ ₁ . In this way, in order to cut the light having a wavelength shorter than λ ₁ that is not cut by the first filter 41 because it is incident on the first filter 41 at a large incident angle, the optical semiconductor device 100 of the present embodiment uses the first filter 41, a second filter 42 is provided. By providing the second filter, the light in the wavelength band of λ ₁ or less can be effectively filtered out for light with a wavelength shorter than λ ₁ that passes through the first filter 41 in a range away from directly above the exit surface 21. can be cut into. Like the first filter 41, the second filter 42 preferably has a transmittance of 50% or less at a specific wavelength λ ₁ or less. When using an optical interference filter as shown in FIG. 3 as the first filter, it is preferable to provide the second filter in a range where the angle of inclination θ from the outer periphery of the output surface 21 is 15° or more. The second filter 42 is disposed in a range with an inclination angle equal to or greater than the angle of incidence at which the maximum wavelength transmittance of the wavelength range to be cut is 10% or less in the incident angle dependent characteristic of the transmission spectrum of the first filter 41. is preferred.

第一フィルタ４１と第二フィルタ４２の配置条件は以下のとおりである。
・第一フィルタ４１は出射面２１上又は透明蓋３の表面に配置される
・第一フィルタ４１は上面視における出射面２１と重複する位置を少なくとも含む範囲に配置されることが好ましい。
・第二フィルタ４２は透明蓋３の表面に配置される
・第二フィルタ４２は上面視における出射面２１と重複する位置を含まないように配置されることが好ましい。 The conditions for arranging the first filter 41 and the second filter 42 are as follows.
- The first filter 41 is arranged on the emission surface 21 or on the surface of the transparent lid 3. - The first filter 41 is preferably arranged in a range that includes at least a position overlapping with the emission surface 21 when viewed from above.
- The second filter 42 is arranged on the surface of the transparent lid 3 - It is preferable that the second filter 42 is arranged so as not to include a position overlapping with the emission surface 21 when viewed from above.

上記の配置条件を満たすならば、λ_１以下の波長帯の光をカットするには、上面視において、第一フィルタ４１が出射面２１と重複する位置以外の範囲を覆うことは許容される。ここで、λ_１より長波長側の光の出力の減衰を抑制するには、第二フィルタ４２が出射面２１の直上を覆わないことが好ましい。すなわち、第二フィルタ４２は、上面視において出射面２１と重複する位置を含まないように出射面２１の外周を囲う環状に形成されることが好ましい。それは、第二フィルタ４２が第一フィルタ４１に比べて、透過率が９０％となる波長と透過率が１０％となる波長の波長差を小さくすることが出来ないために、第二フィルタ４２が特定波長λ_１以下の透過率が５０％以下であるように第一フィルタ４１と第二フィルタ４２のλ_１を合わせたとしても、第一フィルタを透過したλ_１より長波長側の光の一部が第二フィルタ４２によってカットされるためである。そのため、第二フィルタ４２が配置される範囲の内周は、上面視における出射面２１と重複する位置を含まない範囲に位置し、第二フィルタ４２の内周（第二フィルタ４２を設けない範囲の外周）は出射面２１の外周からの傾斜角度θが例えば１５°～３０°の間に位置することが好ましい。 If the above arrangement conditions are met, in order to cut light in the wavelength band of λ ₁ or less, it is permissible for the first filter 41 to cover a range other than the position overlapping the output surface 21 when viewed from above. Here, in order to suppress attenuation of the output of light on the longer wavelength side than λ ₁ , it is preferable that the second filter 42 does not cover directly above the output surface 21 . That is, the second filter 42 is preferably formed in an annular shape surrounding the outer periphery of the output surface 21 so as not to include a position overlapping the output surface 21 when viewed from above. This is because the second filter 42 cannot reduce the wavelength difference between the wavelength at which the transmittance is 90% and the wavelength at which the transmittance is 10% compared to the first filter 41. Even if λ ₁ of the first filter 41 and second filter 42 are combined so that the transmittance at a specific wavelength λ 1 or less is 50% or less, the part of the light on the longer wavelength side than _{λ 1} _that has passed through the first filter This is because the second filter 42 cuts the second filter 42 . Therefore, the inner periphery of the range in which the second filter 42 is arranged is located in a range that does not include the position overlapping with the exit surface 21 when viewed from above, and the inner periphery of the second filter 42 (the area where the second filter 42 is not provided) It is preferable that the angle of inclination θ of the outer periphery of the light emitting surface 21 from the outer periphery of the emission surface 21 is, for example, between 15° and 30°.

第二フィルタ４２は、光干渉方式の光カットフィルタである第一フィルタ４１とは異なる方式の光カットフィルタである。第二フィルタ４２は、例えば、ＩＴＯ膜やＴｉＯ_２膜などの金属酸化物の膜（例えば、蒸着膜）、セロハン、塩化ビニリデン、ポリエステルなどのプラスチックフィルム、ＴｉＯ_２やＦｅ_２Ｏ_３などの金属酸化物をドープしたガラス、紫外波長域において吸収端のエネルギー準位を意図的に設計可能であるＡｌ_ｘ１Ｇａ_ｘ２Ｉｎ_{１－ｘ１－ｘ２}Ｎ（０≦ｘ１≦１、０≦ｘ２≦１、０≦ｘ１＋ｘ２≦１）膜やＺｎ_ｙＭｇ_１－ｙＯ（０≦ｙ≦１）膜、等を用いることができる。このような光干渉方式ではない光カットフィルタは、入射光の波長に対して光の透過する方向に沿って十分な厚さを有していれば、光の入射角度（図２における出射面の外周からの傾斜角度θ）によらず、特定波長としてのλ_１の短波長側の光の出力を減衰させることができる。また、第二フィルタ４２として用いることができる光カットフィルタとしては、例えば、特開２００３―３３６０３４に記載される錫ドープ酸化インジウム（Ｆ－ＩＴＯ同和鉱業（株）製）をアクリル樹脂と混合して作成した光カットフィルタ（光学フィルタ）が知られている。 The second filter 42 is a light cut filter of a different type from the first filter 41, which is a light cut filter of an optical interference type. The second filter 42 is made of, for example, a metal oxide film (for example, a vapor deposited film) such as an ITO film or a TiO ₂ film, a plastic film such as cellophane, vinylidene chloride, or polyester, or a metal oxide film such as TiO ₂ or Fe ₂ O ₃ . Al _x1 Ga _x2 In _1-x1-x2 N (0≦x1≦1, 0≦x2≦1, 0≦ x1+x2≦1) film, Zn _y Mg _1-y O (0≦y≦1) film, etc. can be used. Such a non-interference type optical cut filter has a sufficient thickness along the direction of light transmission relative to the wavelength of the incident light, so long as the light incidence angle (the exit surface in Figure 2) is Regardless of the inclination angle θ) from the outer periphery, the output of light on the short wavelength side of λ ₁ as a specific wavelength can be attenuated. Further, as a light cut filter that can be used as the second filter 42, for example, tin-doped indium oxide (F-ITO manufactured by Dowa Mining Co., Ltd.) described in JP-A No. 2003-336034 is mixed with acrylic resin. The created light cut filter (optical filter) is known.

上記で例示列挙したような材料等で形成された第二フィルタ４２は、第一フィルタ４１に比べて、λ１より長波長側の透過率が低く、透過率が９０％となる波長と透過率が１０％となる波長の波長差を小さくすることは出来ないが、カットしたい波長域の最大波長（３００ｎｍ）以下の光の透過率が０％に近い特性を有するものとすることができる。すなわち、特定波長としてのλ_１より短波長側の光をカットすることができるので、本実施形態の第二フィルタ４２として好適に使用できる。第二フィルタ４２における特定波長としての透過率が５０％となる波長λ_２は、光半導体装置１００に対するフィルタ特性の要求仕様に基づいて、第一フィルタ４１及び第二フィルタ４２のそれぞれの透過特性、ＬＥＤチップ及びＳＭＤの配光角特性、フィルタの配置範囲を考慮して決定すればよく、第一フィルタ４１における特定波長としてのλ_１と近いことが望ましい。例えば、λ_１－５≦λ_２≦λ_１＋５の範囲内であることが好ましく、λ_１＝λ_２であることが最も好ましい。 The second filter 42 formed of the materials listed above has a lower transmittance on the longer wavelength side than λ1 than the first filter 41, and the wavelength and transmittance at which the transmittance is 90% are lower than that of the first filter 41. Although it is not possible to reduce the wavelength difference of 10%, it is possible to have a characteristic in which the transmittance of light below the maximum wavelength (300 nm) in the wavelength range to be cut is close to 0%. That is, since it is possible to cut light having wavelengths shorter than λ ₁ as the specific wavelength, it can be suitably used as the second filter 42 of this embodiment. The wavelength λ ₂ at which the transmittance as a specific wavelength in the second filter 42 is 50% is determined based on the required specifications of filter characteristics for the optical semiconductor device 100, and the transmission characteristics of each of the first filter 41 and the second filter 42, It may be determined by considering the light distribution angle characteristics of the LED chip and the SMD, and the arrangement range of the filter, and it is desirable that it be close to λ ₁ as the specific wavelength in the first filter 41. For example, it is preferable that λ ₁ -5≦λ ₂ ≦λ ₁ +5, and most preferably that λ ₁ =λ ₂ .

光半導体装置１００において、どの程度λ_１より長波長側の光を効率的に光半導体装置１００の外部に取り出しつつ、λ_１より短波長側の光を適切にカットできているか否かの確認は、例えば光半導体装置１００から放射される光の配光分布特性を調べることで把握することができる。 In the optical semiconductor device 100, it is possible to check to what extent light with wavelengths longer than λ ₁ can be efficiently extracted to the outside of the optical semiconductor device 100 while light with wavelengths shorter than λ ₁ can be appropriately cut. This can be determined, for example, by examining the light distribution characteristics of light emitted from the optical semiconductor device 100.

配光分布特性は、例えば以下のようにして計測することができる。図４には、本実施形態に係る光半導体装置１００の配光分布特性の測定方法の説明図を示している。光半導体装置１００から１００ｍｍ離れた位置に、ファイバープローブＡを配置して、そのファイバープローブＡの先端の位置の観測角度を変えることによって、光半導体装置１００から放射される光の観測角度依存性としての配光分布特性を調べることができる。ファイバープローブＡの受光直径は例えば３．９ｍｍとすることができ、ファイバープローブＡの他端を分光器（例えばオーシャンオプティクス製ＱＥ６５Ｐｒｏ）に繋いで、発光スペクトルを測定することができる。例えば、ファイバープローブＡを固定し、光半導体装置１００を回転させて、配光分布特性を測定してよい。 The light distribution characteristic can be measured, for example, as follows. FIG. 4 shows an explanatory diagram of a method for measuring light distribution characteristics of the optical semiconductor device 100 according to this embodiment. By arranging the fiber probe A at a position 100 mm away from the optical semiconductor device 100 and changing the observation angle of the position of the tip of the fiber probe A, the observation angle dependence of the light emitted from the optical semiconductor device 100 can be obtained. The light distribution characteristics can be investigated. The receiving diameter of the fiber probe A can be, for example, 3.9 mm, and the emission spectrum can be measured by connecting the other end of the fiber probe A to a spectrometer (for example, QE65 Pro manufactured by Ocean Optics). For example, the light distribution characteristics may be measured by fixing the fiber probe A and rotating the optical semiconductor device 100.

（実施例１）
図２に例示したような光半導体装置１００を、以下のように構成し、実施例に係る光半導体装置とした。以下の説明において、寸法に関する記載は、図２に示す断面における値である。 (Example 1)
The optical semiconductor device 100 as illustrated in FIG. 2 was configured as follows to obtain an optical semiconductor device according to an example. In the following description, descriptions regarding dimensions are values in the cross section shown in FIG. 2.

透明蓋３は、サファイア製とし、板の厚みは３５０μｍとした。発光素子２には厚み０．４４ｍｍ、サイズ１ｍｍ×１ｍｍのＬＥＤチップを採用し、出射面２１から透明蓋３の下面までの距離は０．１３５ｍｍとした。発光素子２の発光中心波長は３１０ｎｍである。パッケージ基板１はＡＩＮセラミックス製とし、発光素子２の側面からパッケージ基板１の凹部における内側側面までの距離は０．６５ｍｍとした。透明蓋３とパッケージ基板１との接着層９の幅は、０．６ｍｍとした。 The transparent lid 3 was made of sapphire, and the thickness of the plate was 350 μm. An LED chip with a thickness of 0.44 mm and a size of 1 mm x 1 mm was used as the light emitting element 2, and the distance from the emission surface 21 to the lower surface of the transparent lid 3 was 0.135 mm. The emission center wavelength of the light emitting element 2 is 310 nm. The package substrate 1 was made of AIN ceramics, and the distance from the side surface of the light emitting element 2 to the inner side surface of the recessed portion of the package substrate 1 was 0.65 mm. The width of the adhesive layer 9 between the transparent lid 3 and the package substrate 1 was 0.6 mm.

第一フィルタ４１には上述の図３及び表１に示す光干渉フィルタ（最適角０°）を使用し、第二フィルタ４２としてＡｌ_０．３Ｇａ_０．７Ｎ膜をＭＯＣＶＤ装置を用いて厚さ０．４μｍ形成した。サファイア基板上に形成した当該Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ｎ膜の透過スペクトルを図７に示す。 The optical interference filter (optimal angle 0°) shown in FIG. 3 and Table 1 described above is used as the first filter 41, and the Al _0.3 Ga _0.7 N film is grown in thickness using an MOCVD apparatus as the second filter 42. A thickness of 0.4 μm was formed. FIG. 7 shows the transmission spectrum of the Al _0.3 Ga _0.7 N film formed on the sapphire substrate.

実施例１では、図２に示すように、第二フィルタ４２の内周（第二フィルタ４２を設けない範囲の外周）は出射面２１の外周からの傾斜角度θが２０°の位置にあり、第二フィルタ４２の外周は透明蓋３の外周の位置にある。また、第一フィルタ４１の外周は傾斜角度が４０°の位置にある。このようにして実施例１の光半導体装置１００を得た。 In the first embodiment, as shown in FIG. 2, the inner periphery of the second filter 42 (the outer periphery of the range where the second filter 42 is not provided) is located at a position where the inclination angle θ from the outer periphery of the output surface 21 is 20 degrees, The outer periphery of the second filter 42 is located at the outer periphery of the transparent lid 3. Further, the outer periphery of the first filter 41 is at a position where the inclination angle is 40°. In this way, the optical semiconductor device 100 of Example 1 was obtained.

本実施例１の第一フィルタ４１及び第二フィルタ４２がある場合と無い場合についての発光スペクトルを図８に示す。発光スペクトル測定は、積分球を用いて全光束の測定とし、分光器を用いて行なった。 FIG. 8 shows emission spectra with and without the first filter 41 and the second filter 42 of Example 1. The emission spectrum was measured using an integrating sphere to measure the total luminous flux, and was performed using a spectrometer.

本実施例１の第一フィルタ４１及び第二フィルタ４２がある場合と無い場合について、光半導体装置１００を固定し、ファイバープローブＡを－６０°から６０°まで５°毎に回転させて、配光分布特性を測定した。例えば、２００ｎｍ以上４００ｎｍ以下の波長を対象とし、得られたデータから３０６～４００ｎｍの値と２００ｎｍ～３０５ｎｍの値を抽出して、第一フィルタ４１及び第二フィルタ４２の有無を比較して本願発明の効果を評価した。その結果を図９、図１０に示す。 With and without the first filter 41 and the second filter 42 of Example 1, the optical semiconductor device 100 is fixed, and the fiber probe A is rotated from -60° to 60° in 5° increments. The light distribution characteristics were measured. For example, by targeting wavelengths from 200 nm to 400 nm, extracting values from 306 to 400 nm and from 200 nm to 305 nm from the obtained data, and comparing the presence or absence of the first filter 41 and the second filter 42, the present invention We evaluated the effectiveness of The results are shown in FIGS. 9 and 10.

（実施例２）
第二フィルタ４２の内周（第二フィルタ４２を設けない範囲の外周）を出射面２１の外周からの傾斜角度θが２５°の位置に変更した以外は、実施例１と同様にして実施例２に係る光半導体装置１００を得た。 (Example 2)
This example was carried out in the same manner as in Example 1, except that the inner periphery of the second filter 42 (the outer periphery of the area where the second filter 42 is not provided) was changed to a position where the inclination angle θ from the outer periphery of the output surface 21 was 25°. An optical semiconductor device 100 according to No. 2 was obtained.

（比較例１）
透明蓋３の下面の全面に図３に例示する第一フィルタのみを配置して第二フィルタをもたない以外は、実施例１と同様にして比較例１係る光半導体装置１００を得た。 (Comparative example 1)
An optical semiconductor device 100 according to Comparative Example 1 was obtained in the same manner as in Example 1 except that only the first filter illustrated in FIG. 3 was disposed on the entire lower surface of the transparent lid 3 and the second filter was not provided.

図１１は、比較例にあたる形態、及び、第一フィルタと第二フォルタの両方を持たない場合の波長２００ｎｍ～３０５ｎｍにおける配光分布特性である。 FIG. 11 shows light distribution characteristics in a wavelength range of 200 nm to 305 nm in a comparative example and in a case where both the first filter and the second filter are not provided.

図１１からは、透明蓋３の全面に第一フィルタのみを配置して第二フィルタをもたない場合は、配光角の絶対値が１５°より大きい角度では、λ_１より短波長側の光の強度を低下させる能力が大きく低下することがわかる。本実施形態では、第二フィルタを配置しているため、配光角の絶対値が１５°より大きい角度においても、λ_１より短波長側の光の強度を、第二フィルタをもたない図１１に示す場合よりもさらに低下させることができる。 From FIG. 11, it can be seen that when only the first filter is disposed on the entire surface of the transparent lid 3 without the second filter, when the absolute value of the light distribution angle is larger than 15°, the wavelength side shorter than λ ₁ It can be seen that the ability to reduce the intensity of light is greatly reduced. In this embodiment, since the second filter is arranged, even at angles where the absolute value of the light distribution angle is larger than 15 degrees, the intensity of light on the shorter wavelength side than λ ₁ can be adjusted to the same value as that without the second filter. It can be further reduced than in the case shown in No. 11.

（比較例２）
透明蓋３の下面の全面に前記図７に示す第二フィルタのみを形成し、第一フィルタを持たない以外は、実施例１と同様にして比較例１係る光半導体装置１００を得た。 (Comparative example 2)
An optical semiconductor device 100 according to Comparative Example 1 was obtained in the same manner as in Example 1 except that only the second filter shown in FIG. 7 was formed on the entire lower surface of the transparent lid 3 and the first filter was not provided.

図１２に、実施例１、２及び比較例１、２と、フォルタを設けない場合の発光スペクトルにおける波長２９５～３２０ｎｍの拡大図を示す。本実施例では、特定波長である３０５ｎｍより長波長側の光の出力の減衰を、比較例２に比べて抑制しながら、特定波長より短波長側の光を比較例１に比べて大きくカットすることができることが分かる。 FIG. 12 shows an enlarged view of the wavelengths of 295 to 320 nm in the emission spectra of Examples 1 and 2, Comparative Examples 1 and 2, and when no filter is provided. In this example, while suppressing the attenuation of the output of light at wavelengths longer than the specific wavelength of 305 nm compared to Comparative Example 2, light at wavelengths shorter than the specific wavelength is cut to a greater extent than in Comparative Example 1. I know that I can do it.

（第二実施形態）
上記第一実施形態では、光半導体装置１００において、光カットフィルタが透明蓋３の下面に設置されている場合を図２の通り図示して説明した。しかしながら、光カットフィルタの配置は上記実施形態に限られず、例えば、図５の断面図（図２と同様の断面を示す）に示すように、第一フィルタ４１が出射面２１上に直接配置されていても良い。 (Second embodiment)
In the first embodiment, the optical semiconductor device 100 has been described with reference to FIG. 2, in which the light cut filter is installed on the lower surface of the transparent lid 3. However, the arrangement of the light cut filter is not limited to the above embodiment, and for example, as shown in the cross-sectional view of FIG. You can leave it there.

図５では、第一フィルタ４１が出射面２１上に直接配置され、第二フィルタ４２が透明蓋３の上面に配置されている場合を示している。このように第一フィルタ４１が配置されるようにすることで、第一実施形態と同様に、特定波長としてのλ_１より長波長側の光の出力の減衰を抑制しながらλ_１より短波長側の光をカットする性能の低下を回避することができ、第一フィルタ４１を発光素子２に近い側に配置して、出射面２１からの垂直に近い入射角の光を効率よくフィルタリングすること出来る点で第一実施形態と同様に好ましい。 FIG. 5 shows a case where the first filter 41 is placed directly on the output surface 21 and the second filter 42 is placed on the upper surface of the transparent lid 3. By arranging _the first filter 41 in this manner, as in the first embodiment, while suppressing the attenuation of the output of light on the longer wavelength side than λ ₁ as a specific wavelength, The first filter 41 is disposed on the side closer to the light emitting element 2, and the light having an incident angle close to perpendicular from the output surface 21 can be efficiently filtered, thereby avoiding a decrease in the performance of cutting side light. This embodiment is preferable in the same way as the first embodiment.

（第三実施形態）
上記第一実施形態では、光半導体装置１００が第一フィルタ４１と第二フィルタ４２とを備え、第一フィルタ４１が透明蓋３の下面、第二フィルタ４２が透明蓋３の上面に配置される場合を図２の通り図示して説明した。また、上記第二実施形態では、第二フィルタ４２が透明蓋３の上面に配置され、第一フィルタ４１が出射面２１上に直接形成される場合を説明した。しかしながら、光カットフィルタの配置は上記実施形態に限られず、例えば、図６の断面図に示すように、これら光カットフィルタが透明蓋３の片面（図６では透明蓋の上面）上において、重ねて配置されてもよい。 (Third embodiment)
In the first embodiment described above, the optical semiconductor device 100 includes the first filter 41 and the second filter 42 , the first filter 41 is arranged on the lower surface of the transparent lid 3 , and the second filter 42 is arranged on the upper surface of the transparent lid 3 The case has been illustrated and explained as shown in FIG. Furthermore, in the second embodiment, the second filter 42 is disposed on the upper surface of the transparent lid 3, and the first filter 41 is directly formed on the output surface 21. However, the arrangement of the light cut filters is not limited to the above embodiment, and for example, as shown in the cross-sectional view of FIG. It may be arranged as follows.

第一フィルタ４１でカットできない入射角度で入射した光は、λ_１より短波長側の光を十分にカットされずに第一フィルタ４１を透過するが、後段の第二フィルタ４２によってλ_１より短波長側の光がカットされる。 Light incident at an incident angle that cannot be cut by the first filter 41 passes through the first filter 41 without sufficiently cutting off light with wavelengths shorter than λ ₁ , but the light with wavelengths shorter than λ ₁ is passed through the second filter 42 in the subsequent stage. Light on the wavelength side is cut.

このように、第二フィルタ４２を第一フィルタ４１の上面に重ねて重複するように配置することで、第一フィルタ４１や第二フィルタ４２の透明蓋３上における形成が簡単になり、これにより、光半導体装置１００の製造が容易になる。 By arranging the second filter 42 so as to overlap the top surface of the first filter 41 in this way, it becomes easy to form the first filter 41 and the second filter 42 on the transparent lid 3, and thereby , manufacturing of the optical semiconductor device 100 becomes easy.

以上のようにして、光半導体装置を提供することができる。 In the manner described above, an optical semiconductor device can be provided.

なお、上記第一乃至第三実施形態で開示される構成は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変することが可能である。 Note that the configurations disclosed in the first to third embodiments above are illustrative, and the embodiments of the present invention are not limited thereto, and can be modified as appropriate without departing from the purpose of the present invention. be.

本発明は、光半導体装置に適用できる。 The present invention can be applied to optical semiconductor devices.

１：パッケージ基板
１００：光半導体装置
１１：底面
１３：筒部
２：発光素子
２１：出射面
３：透明蓋
４１：第一フィルタ
４２：第二フィルタ
９：接着層
Ａ：ファイバープローブ
Ｐ：中央部
Ｓ：閉鎖空間 1 : Package substrate 100 : Optical semiconductor device 11 : Bottom surface 13 : Cylindrical part 2 : Light emitting element 21 : Output surface 3 : Transparent lid 41 : First filter 42 : Second filter 9 : Adhesive layer A : Fiber probe P : Center part S: Closed space

Claims

パッケージ基板と、
前記パッケージ基板の上面に、光取り出し側の面である出射面が上面となるように配置された発光素子と、
前記パッケージ基板との間に閉鎖空間を形成し、前記発光素子を覆う透明蓋と、
前記出射面上又は前記透明蓋の表面に配置され、特定波長以下の透過率が５０％以下である光干渉方式の光カットフィルタである第一フィルタと、
前記透明蓋の表面に配置され、前記第一フィルタとは異なる方式の光カットフィルタである第二フィルタと、を備えた光半導体装置。 a package board;
a light-emitting element disposed on the upper surface of the package substrate so that the output surface, which is the surface on the light extraction side, is the upper surface;
a transparent lid forming a closed space with the package substrate and covering the light emitting device;
a first filter that is an optical interference type light cut filter that is disposed on the exit surface or the surface of the transparent lid and has a transmittance of 50% or less for wavelengths below a specific wavelength;
An optical semiconductor device comprising: a second filter that is disposed on the surface of the transparent lid and is a light cut filter of a different type from the first filter.

前記第一フィルタは、前記透明蓋の下面に配置され、
前記第二フィルタは、前記透明蓋の上面に配置されている請求項１に記載の光半導体装置。 the first filter is arranged on the lower surface of the transparent lid,
The optical semiconductor device according to claim 1, wherein the second filter is arranged on the upper surface of the transparent lid.

前記第一フィルタは、屈折率が異なる２以上の誘電体層の積層体であり、
前記第二フィルタは、ＩＴＯ膜、プラスチックフィルム又は金属酸化物がドープされたガラス膜、Ａｌ_ｘ１Ｇａ_ｘ２Ｉｎ_{１－ｘ１－ｘ２}Ｎ（０≦ｘ１≦１、０≦ｘ２≦１、０≦ｘ１＋ｘ２≦１）膜、Ｚｎ_ｙＭｇ_１－ｙＯ（０≦ｙ≦１）膜から選択される請求項１又は２に記載の光半導体装置。 The first filter is a laminate of two or more dielectric layers having different refractive indexes,
The second filter may be an ITO film, a plastic film, a glass film doped with metal oxide, Al _x1 Ga _x2 In _1-x1-x2 N (0≦x1≦1, 0≦x2≦1, 0≦x1+x2≦ 3. The optical semiconductor device according to claim 1, wherein the optical semiconductor device is selected from 1) a film, and a Zn _y Mg _1-y O (0≦y≦1) film.

前記第一フィルタは、上面視で前記出射面と重複する位置を含むように、前記第二フィルタは、上面視で前記出射面と重複する位置を含まないようにそれぞれ配置されている請求項１から３の何れか一項に記載の光半導体装置。 1 . The first filter is arranged so as to include a position overlapping with the output surface when viewed from above, and the second filter is arranged so as not to include a position overlapping with the output surface when viewed from above. 3. The optical semiconductor device according to any one of 3 to 3.

前記発光素子は、発光中心波長が３００ｎｍ以上３５０ｎｍ以下の紫外ＬＥＤである請求項１から４の何れか一項に記載の光半導体装置。 5. The optical semiconductor device according to claim 1, wherein the light emitting element is an ultraviolet LED having a center emission wavelength of 300 nm or more and 350 nm or less.

前記特定波長が前記発光素子の発光中心波長より３ｎｍ以上１０ｎｍ以下短い波長である請求項１から５の何れか一項に記載の光半導体装置。 The optical semiconductor device according to any one of claims 1 to 5, wherein the specific wavelength is shorter than the emission center wavelength of the light emitting element by at least 3 nm and at most 10 nm.